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第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅第一课时二氧化硅和硅酸1.了解SiO2的结构、性质和用途。2.了解硅酸的制备和化学性质。[晨背重点语句]1.石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。2.SiO2是硅酸的酸酐，但硅酸不能由SiO2与水反应制得。3.熟记三个化学方程式(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3(证明H2CO3酸性强于H2SiO3)。知识梳理·对点练课后提能·层级练知识梳理·对点练知识点一硅元素的存在与二氧化硅1．硅元素的存在及原子结构2．二氧化硅(1)存在与形态SiO2的存在形态有9_________形和10_________形两大类，统称11_________，石英、水晶、玛瑙的主要成分是12_________。结晶无定硅石二氧化硅(2)结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为13____________的比例组成的14____________结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个Si原子。1∶2立体网状(3)物理性质熔点15_____；硬度16______；溶解性：17_______溶于水。高大不(4)化学性质(5)用途①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作21____________。③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。④实验室中使用22____________坩埚。光导纤维石英1．二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是()A．二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大B．二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C．实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液D．氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸解析：选B二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。2．下列关于碳和硅的比较，正确的是()A．碳和硅在自然界的存在形式都是既有游离态也有化合态B．碳和硅的最高正价都是＋4价C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位D．硅与碳一样均含有两种常见价态的氧化物：SiO和SiO2解析：选B自然界中没有游离态的硅，A错误；氧元素在地壳中含量居第一位，而不是碳元素，C错误；硅的氧化物无SiO，D错误。3．关于二氧化硅，下列叙述正确的是________(填序号)。①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸③物理性质与CO2相似④SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”解析：SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与NaOH发生反应，熔融NaOH固体不能用石英坩埚，①不正确；SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；SiO2晶体是由Si、O原子构成的，不含SiO2分子，④不正确；⑤正确；光导纤维的主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此强碱条件下易发生“断路”，⑥正确。答案：⑤⑥[归纳总结]1．CO2与SiO2的结构与性质的异同二氧化碳二氧化硅类别均为酸性氧化物结构特点由CO2分子构成由氧原子与硅原子构成立体网状结构，无SiO2分子物理性质常温下是气体，熔、沸点低，可溶于水硬度大，熔点高的固体，不溶于水二氧化碳二氧化硅与水反应CO2＋H2OH2CO3不反应与酸反应不反应只与HF反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O与NaOH反应CO2(少量)＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2(过量)＋NaOH===NaHCO3SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O化学性质与CaO反应CO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaO=====高温CaSiO32.SiO2的特性(1)酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能直接与H2O反应生成H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高。(3)酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。知识点二硅酸1．硅酸的制备：按表中实验操作要求完成实验，并将观察到的实验现象及有关结论填入表中：实验操作实验现象实验结论23____________24__________________25______________________________________________________26____________________________________溶液变为红色Na2SiO3溶液呈碱性溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成硅酸为不溶于水的白色固体实验操作实验现象实验结论27_______________________________28_________________有白色胶状沉淀硅酸的酸性比碳酸弱物生成2.写出上述实验中反应的化学方程式(1)Na2SiO3溶液与盐酸反应：29___________________________________________________。(2)将CO2通入Na2SiO3溶液中：30________________________________________________。Na2SiO3＋2HCl===Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋2NaCl===H2SiO3↓＋Na2CO33．性质4．硅胶4．由下列实验事实得出的结论正确的是()A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3可知，SiO2不是H2SiO3的酸酐B．由反应SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑可知，碳的非金属性大于硅C．将CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀，可得酸性H2CO3＞H2SiO3D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，因此SiO2为两性氧化物解析：选C酸酐是指含氧酸失去水生成的物质，所以SiO2是H2SiO3的酸酐，A项错误；由反应SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑不能说明碳的非金属性比硅的强，该反应能发生是因为有气体生成，气体从反应体系中逸出，促进了反应的进行，B项错误；将CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，符合强酸制弱酸规律，证明酸性H2CO3＞H2SiO3，C项正确；SiO2为酸性氧化物，与HF反应是SiO2的特性，生成的SiF4不是盐，且SiO2与除HF外的其他酸不反应，D项错误。5．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的实验装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为________。(2)装置B所盛试剂是__________________________，其作用是_____________________________________。(3)装置C所盛试剂是_________________________，C中反应的离子方程式是_____________________________。(4)由此得到的结论：酸性____________＞______。解析：根据强酸＋弱酸盐―→弱酸＋强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛放Na2CO3，根据Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，可以知道酸性HCl强于H2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判断酸性H2CO3H2SiO3，但需注意的是A中反应会有HCl气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前需将HCl吸收，但不能吸收CO2，故选用饱和NaHCO3溶液。答案：(1)盐酸(2)饱和NaHCO3溶液吸收HCl气体(3)Na2SiO3溶液SiO2－3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO2－3(或SiO2－3＋2CO2＋2H2O===2HCO－3＋H2SiO3↓)(4)HClH2CO3H2SiO3[归纳总结]1．H2SiO3的制备与性质认识误区(1)H2SiO3不能由SiO2与H2O直接反应制备；(2)H2SiO3是常见酸中唯一不溶于水的酸；(3)一般不存在硅酸酸式盐。Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)2．H2SiO3与H2CO3的比较H2CO3H2SiO3酸性均为弱酸，且酸性：H2CO3H2SiO3水溶性能溶于水难溶于水稳定性常温下易分解生成CO2和H2O受热易分解，化学方程式为H2SiO3=====△SiO2＋H2O转化关系Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑